KR0152496B1 - Flash eeprom - Google Patents
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Abstract
EEPROM셀은 셀을 액세스 하기 위한 선택 게이트와 데이타를 저장하기 위한 플로우팅 게이트를 포함한다. 두개의 게이트 각각 폴리 측벽으로부터 형성되며, 선택 게이트가 형성되는 구멍(aperture)의 수직 폴리 측벽상에서 산화막을 성장시켜, 형성되는 수직 산화 부재에 의해 분리되어진다. 최종 구조는 광학 리소그래피로 부터 얻을 수 있는 것 보다 작은 치수를 갖는데 그 이유는, 이 두개의 게이트는 사실상 측벽이며 따라서 광학 리소그래피(optical lithography)로 얻을 수 있는 치수에 제한되지 않기 때문이다.The EEPROM cell includes a select gate for accessing the cell and a floating gate for storing data. Each of the two gates is formed from a poly sidewall and is separated by a vertical oxide member formed by growing an oxide film on the vertical poly sidewall of an aperture in which the selection gate is formed. The final structure has smaller dimensions than can be obtained from optical lithography, since these two gates are in fact sidewalls and are therefore not limited to the dimensions obtainable by optical lithography.
Description
[발명의 명칭][Name of invention]
이이피롬(EEPROM)셀, 집적회로 이이피롬(EEPROM) 이중 게이트 전계효과 트랜지스터 형성 방법 및 이이피롬(EEPROM) 메모리 어레이 형성 방법Method for forming EEPROM cell, integrated circuit EEPROM double gate field effect transistor and method for forming EEPROM memory array
[발명의 상세한 설명]Detailed description of the invention
[발명의 분야][Field of Invention]
본 발명은 1평방 마이크로미터보다 작은 초고밀도(ultra high density) 이이피롬(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory:EEPROM)에 관한 것이다.The present invention relates to ultra high density Electrically Erasable Programmable Read Only Memory (EEPROM) smaller than 1 square micrometer.
[발명의 배경][Background of invention]
EEPROM 기술분야에서는, 셀들을 집적회로 칩 상에 보다 효율적으로 패킹(packing)하기 위해 셀 사이즈를 줄이려는 오랜 연구가 행해져 왔다. 미국특허 제5,041,886호에는 중밀도(medium density)(128K bits)의 EEPROM셀이 개시되고 있다. 여기서, 적층형 플로우팅 게이트-제어 게이트(stacked floating gate-control gate) 시스템은 인접한 선택 게이트를 갖는데, 이 선택 게이트는 플로우팅 게이트와 제어 게이트를 제자리에 배치한 후에 형성되는 폴리실리콘 측벽(polysilicon sidewall)으로부터 형성된다. 이것은 측벽이 종래의 적층형 어레이(array)보다 적은 공간을 차지하므로 셀의 사이즈가 감소되는 이점을 갖는다. 이 특허에서는 선택 게이트와 제어 게이트가 동일한 워드 라인(word line)에 의해 제어된다.In the EEPROM technology, long researches have been conducted to reduce cell size in order to pack cells more efficiently on integrated circuit chips. U. S. Patent No. 5,041, 886 discloses an EEPROM cell of medium density (128 K bits). Here, a stacked floating gate-control gate system has adjacent select gates, which are formed after the floating gate and the control gate are in place. Is formed from. This has the advantage that the size of the cell is reduced since the sidewalls take up less space than conventional stacked arrays. In this patent, the select gate and the control gate are controlled by the same word line.
“고밀도 및 고속 동작용의 보조 게이트를 가진 5V 전용 가상 접지 플래시 셀”이란 제목으로 야마우치(Yamauchi) 등이 IEDM 91-319에 게재한 논문에는 측벽 플로우팅 게이트(sidewall floating gate)에 평면 선택 게이트(planar select gate)가 인접하는 EEPROM이 개시된다.In a paper published in IEDM 91-319 by Yamauchi et al. Entitled “5V Dedicated Virtual Ground Flash Cell with Auxiliary Gate for High Density and High Speed Operation,” a planar select gate ( A planar select gate) is disclosed adjacent to the EEPROM.
[발명의 요약][Summary of invention]
본 발명은, 플로우팅 게이트와 선택 게이트가 폴리실리콘 측벽으로부터 형성되고 또한 그들 게이트가 폴리실리콘 측벽의 수직 에지(edge)상에 형성된 얇은 수직 산화물 부재(member)에 의해서만 분리되는, 128메가비트(megabit) 메모리 칩에 적합한 개선된 EEPROM셀에 관한 것이다.The present invention is directed to 128 megabits in which the floating gate and the select gate are formed from polysilicon sidewalls and are separated only by thin vertical oxide members formed on the vertical edges of the polysilicon sidewalls. An improved EEPROM cell suitable for a memory chip.
[도면의 간단한 설명][Brief Description of Drawings]
제1도는 본 발명의 일 실시예에 대한 상세 단면도.1 is a detailed cross-sectional view of an embodiment of the present invention.
제2도는 본 발명에 따른 한쌍의 메모리 셀에 대한 단면도.2 is a cross-sectional view of a pair of memory cells in accordance with the present invention.
제3도는 메모리 어레이의 일 부분에 대한 평면도.3 is a plan view of a portion of a memory array.
제4 내지 9도는 제조 과정에서의 셀에 대한 단면도.4-9 are cross-sectional views of cells in the course of manufacture.
제10a도 및 제10b도는 중간단계의 단면도.10A and 10B are cross-sectional views of intermediate stages.
제11a도 및 제11b도는 또다른 중간단계의 단면도.11a and 11b are cross-sectional views of yet another intermediate step.
제12도는 본 발명에 따른 메모리 어레이의 일 부분에 대한 개략적인 회로도.12 is a schematic circuit diagram of a portion of a memory array in accordance with the present invention.
제13도는 본 발명에 따라 형성된 집적회로 메모리 칩의 개략도.13 is a schematic diagram of an integrated circuit memory chip formed in accordance with the present invention.
[발명을 실시하기 위한 최선의 실시예]Best Mode for Carrying Out the Invention
제1도를 참조하면, 선택 게이트(120), 플로우팅 게이트(130) 및 제어 게이트(140)를 포함하는 게이트 구조(100)를 집적회로 실리콘 기판(10)에 형성된 소오스(source)(30)와 드레인(20) 사이에 배치한 이중-게이트(dual-gate) MOS 트랜지스터가 상세히 도시되어 있다. 좌측의 선택 게이트(120)는 셀에 대한 액세스를 허용하는 표준의 전기적인 기능을 수행한다. 이 선택 게이트(120)는 수직면과 경사면을 갖는데, 그 선택 게이트의 수직면은 임시적인 지지물(temporary support)의 수직면에 접한다. 우측의 플로우팅 게이트(130)는 트랜지스터를 턴 온(turn-on) 또는 턴 오프(turn-off)시키는 전하를 저장하고 있으므로, 그 게이트내에 저장된 전하에 따라 소오스(30)와 드레인(20) 사이에 전기적 경로가 제공될 수도 있고 또는 그 전기적 경로가 차단될 수도 있다. 이 플로우팅 게이트(130)도 수직면과 경사면을 갖는데, 그 플로우팅 게이트의 수직면은 게이트 구조(100)의 가운데에 위치하고 있는 수직 절연 부재(vertical insulating member)(233)의 수직면에 접한다. 게이트 구조(100)의 최상측에 위치한 제어 게이트(140)는 본 기술분야에서 알려진 것처럼 플로우팅 게이트(130)의 전하 상태를 제어한다.Referring to FIG. 1, a source 30 having a gate structure 100 including a selection gate 120, a floating gate 130, and a control gate 140 formed on an integrated circuit silicon substrate 10 may be provided. A dual-gate MOS transistor disposed between and drain 20 is shown in detail. The select gate 120 on the left performs the standard electrical function of allowing access to the cell. The selection gate 120 has a vertical surface and an inclined surface, the vertical surface of which is in contact with the vertical surface of the temporary support. The floating gate 130 on the right stores charges to turn the transistors on or off, so that the floating gate 130 between the source 30 and the drain 20 depends on the charges stored in the gates. The electrical path may be provided or the electrical path may be blocked. The floating gate 130 also has a vertical surface and an inclined surface, the vertical surface of which is in contact with the vertical surface of the vertical insulating member 233 located in the center of the gate structure 100. The control gate 140 located on top of the gate structure 100 controls the charge state of the floating gate 130 as is known in the art.
본 발명의 유익한 특징은, 화살표(260)로 표시한 제어 게이트(140)의 치수 결정 및 정렬이 유일하게 중요한 리소그래피(lithography) 단계라는 것이다. 다른 치수에 대해서는 비록 그 치수가 치수(260) 보다는 작을지라도 광학적 리소그래피(optical lithography)가 필요하지 않으며, 그 다른 치수는 측벽 기술을 사용하여 얻어진다. 게이트 구조의 중앙에서, 수직 산화물 부재(vertical oxide member)(233)에 의해 플로우팅 게이트와 선택 게이트가 분리된다. 이 수직 산화물 부재는 임시적인 폴리실리콘 측벽 지지 층(sidewall support layer)의 제거 후에 폴리 측벽(선택 게이트)의 수직면을 산화시켜 형성한다(임시적인 폴리실리콘 측벽 지지 층은 선택 게이트 측벽의 기초(foundation)로서 사용됨). 임시적인 폴리실리콘 측벽 지지 층(sidewall support layer)의 제거 후, 수직 산화물 부재(233)를 플로우팅 게이트 측벽을 위한 수직 기준(vertical reference)으로서 사용하여 제2측벽(플로우팅 게이트130))을 형성한다. 산화물의 다른 유형 및 두께에 대해서는 후술한다.An advantageous feature of the present invention is that the dimensioning and alignment of the control gate 140 indicated by arrow 260 is the only important lithography step. For other dimensions, optical lithography is not necessary, although the dimensions are smaller than dimension 260, and the other dimensions are obtained using sidewall technology. In the center of the gate structure, the floating gate and the selection gate are separated by a vertical oxide member 233. The vertical oxide member is formed by oxidizing the vertical surface of the poly sidewall (selection gate) after removal of the temporary polysilicon sidewall support layer (temporary polysilicon sidewall support layer is the foundation of the selection gate sidewall). Used as). After removal of the temporary polysilicon sidewall support layer, a second sidewall (floating gate 130) is formed using the vertical oxide member 233 as a vertical reference for the floating gate sidewall. do. Other types and thicknesses of oxides are described below.
제2도를 참조하면, 한쌍의 메모리 셀(300)의 단면도가 도시되어 있다. 이 한쌍의 메모리 셀(300)은 두 개의 셀구조(100,100')를 포함한다. 이들 두 개의 셀구조(100,100')는 서로에 대해 미러상(mirror image)으로 되며 소오스(30)의 양측에 배치됨으로써 그들 두 셀구조(100,100')는 공통 소오스를 공유하게 된다. 화살표(305)로 표기된 한개 셀의 치수는 예시적으로 1.1㎛로서, 이 셀은 채널 길이를 0.5㎛로 하고 소오스 폭을 0.5㎛로 하며 드레인 폭을 0.5㎛하는 즉 0.5㎛의 레이아웃 그라운드 룰(layout ground rule)을 채용한다. 공통 소오스를 공유하는 한쌍의 셀에 대한 폭은 화살표(310)로 표시된다.Referring to FIG. 2, a cross-sectional view of a pair of memory cells 300 is shown. The pair of memory cells 300 includes two cell structures 100 and 100 ′. These two cell structures 100, 100 'are mirror images of each other and are disposed on both sides of the source 30 so that the two cell structures 100, 100' share a common source. The dimension of one cell, indicated by arrow 305, is illustratively 1.1 μm, which has a layout ground rule of 0.5 μm with a channel length of 0.5 μm, a source width of 0.5 μm and a drain width of 0.5 μm. ground rules). The width for a pair of cells sharing a common source is indicated by arrow 310.
제3도를 참조하면, 본 발명에 따라 형성된 메모리 어레이의 일 부분의 평면도가 도시되어 있다. 제3도에서 한쌍의 셀(300:제2도)의 치수는 (310,320)으로 도시된다. 도면의 간략화를 위해, 일부 상세한 부분은 생략했다. 제3도에서 제1 및 제2도의 것과 대응하는 요소(counterpart elements)에 대해서는 동일한 번호를 부여했다. 제3도의 중앙에서 소오스(30)는 도면에서 수직 방향으로 두 개의 선택 게이트(120)(왼쪽에서 오른쪽으로의 상향사선을 가진 부분) 사이에서 연장한다. 플로우팅 게이트(130)(오른쪽에서 왼쪽으로의 상향사선을 가진 부분)는 제어 게이트(140)를 규정(definition)하는 동안 도면에서 수직 방향으로 트리핑(trimming)되는데, 이는 플로우팅 게이트가 분리되어야만 하고 그것이 인접한 셀들을 접속시킬 수 없기 때문이다. 어레이 전체에 걸쳐 수평 방향으로 연장하는 제어 게이트(140)는 어레이 전체에 걸쳐 수평 방향으로 연장하는 게이트(130) 위에서 또한 게이트(120)의 일부분 위에서 연장한다. 게이트 구조의 좌측 및 우측에는 두개의 드레인(drain)(20)이 형성된다. 제3도에서 좌측의 (70)으로 표시한 부분은 전계 산화물 절연 영역 또는 얕은 트렌치 절연 영역(field oxides or shallow trench insulating areas)을 나타낸다. 우측 상단의 (350)으로 표시한 부분은 개별 셀에 대한 액세스를 제어하는데 사용되는 수직 방향 선택 게이트 라인(120)의 접점(contacts)을 포함하는 영역을 나타낸다. 이 영역은 제10도와 11도에 보다 상세히 도시되어 있다. 다른(alternative) 설계에서는, 선택 게이트들의 접촉 패드들을 어레이의 최상부(top)와 최하부(bottom)에 교번적으로 배치하여 보다 높은 패킹 밀도를 얻을 수도 있다.Referring to FIG. 3, a plan view of a portion of a memory array formed in accordance with the present invention is shown. In FIG. 3 the dimensions of the pair of cells 300 (FIG. 2) are shown as 310, 320. For the sake of simplicity, some details have been omitted. In FIG. 3 the same number is given to the counterpart elements corresponding to those in FIGS. 1 and 2. In the center of FIG. 3, the source 30 extends between two select gates 120 (a portion with an upward oblique line from left to right) in the vertical direction in the figure. The floating gate 130 (the portion with the upward diagonal line from the right to the left) is tripped in the vertical direction in the drawing during the definition of the control gate 140, which must be separated. This is because it cannot connect adjacent cells. The control gate 140 extending horizontally across the array extends over the gate 130 extending horizontally throughout the array and over a portion of the gate 120. Two drains 20 are formed on the left and right sides of the gate structure. In FIG. 3, the portion denoted by (70) on the left indicates field oxides or shallow trench insulating areas. The portion labeled 350 at the top right represents the area containing the contacts of the vertical select gate line 120 used to control access to individual cells. This area is shown in more detail in FIGS. 10 and 11. In alternative designs, contact pads of select gates may be alternately placed at the top and bottom of the array to achieve a higher packing density.
제4도를 시작으로 하여 공정 흐름에 대한 일련의 단면도를 도시한다. 제4도는 제2도에 도시한 셀(300)과 동일한 초기 공정 단계에서의 영역을 나타낸다. 기판(10) 위에는, 12nm의 공칭 두께를 가진 패드 산화층(205)에 이어서 10nm의 공칭 두께를 가진 질화층(210)을 형성한다. 그 다음 게이트 구조의 높이를 결정할 400nm의 두께를 가진 폴리실리콘 또는 비정질의 실리콘 층(220)을 부착(deposit)하고 패터닝(patterning)하여, 중앙에 구멍(aperture)(222)을 형성한다. 이 구멍 내에 두께 12nm의 게이트 산화물(125)을 성장시키는데, 이 게이트 산화물(125)은 선택 게이트(120)의 게이트 산화물(gate oxide)로 될 것이다. 동일한 단계에서, 열 산화물(thermal oxides)(230) 및 (232)을 폴리(220)의 상면과 구멍(222)의 수직 폴리 면 상에 제각기 성장시킨다. 구멍(222)과 폴리(220) 위에 선택 게이트(120)로 될 CVD 폴리실리콘(120)층을 부착시킨다. 이때, 제10도에 도시한 접점 패터닝 단계(contact patterning step)를 수행한다.A series of cross sectional views of the process flow is shown beginning with FIG. 4 shows an area at the same initial process step as the cell 300 shown in FIG. On the substrate 10, a pad oxide layer 205 having a nominal thickness of 12 nm is formed, followed by a nitride layer 210 having a nominal thickness of 10 nm. A layer of polysilicon or amorphous silicon 220 having a thickness of 400 nm to determine the height of the gate structure is then deposited and patterned to form an aperture 222 in the center. A 12 nm thick gate oxide 125 is grown in this hole, which will become the gate oxide of the select gate 120. In the same step, thermal oxides 230 and 232 are grown on the top surface of poly 220 and on the vertical poly surface of hole 222, respectively. A layer of CVD polysilicon 120 to be the select gate 120 is deposited over the hole 222 and the poly 220. At this time, the contact patterning step shown in FIG. 10 is performed.
제5도를 참조하면, RIE(반응성 이온 에칭(Reactive Ion Etch)) 블랭킷 에칭 백(blanket etch back) 공정으로 폴리(120)를 에칭하여 장차 선택 게이트로 될 측벽(120)을 형성한 후의 이중 셀이 도시된다. 폴리 스페이서(poly spacer)(120)를 폴리(220)의 표면 아래로 리세싱(recess)하여 TEOS층(123)이 폴리 스페이서(120)의 주위에 거의 부합적으로(conformally) 형성되도록 하는 것이 바람직하다. 따라서, 측벽 스페이서(120)의 형성 후 그 스페이서(120)를 층(230)의 표면 아래로 리세싱하는 오버에칭(overetch)을 행한다. 그 다음, 20nm의 공칭 두께를 갖는 건식 열 산화층(dry thermal oxide layer)(122)을 선택 게이트 상에 성장시킨다(양호한 산화물 특성을 가진 열 산화물 예를 들어 낮은 밀도의 계면상태(interface state)와 높은 항복(break-down) 전압을 가진 열 산화물은 알려져 있다.). 이 열 산화층(122)의 형성 후, 약 100nm의 두께를 가진 두꺼운 CVD TEOS(tetraethyl ortho silicate)(123)층을 부착하여 선택 게이트(120)에 대한 절연 및 보호를 행한다.Referring to FIG. 5, a double cell after etching the poly 120 by a reactive ion etching (RIE) blanket etch back process to form sidewalls 120 to be a select gate in the future. This is shown. It is desirable to recess the poly spacer 120 below the surface of the poly 220 so that the TEOS layer 123 is formed almost conformally around the poly spacer 120. Do. Thus, after formation of the sidewall spacers 120, an overetch is performed to recess the spacers 120 below the surface of the layer 230. Next, a dry thermal oxide layer 122 having a nominal thickness of 20 nm is grown on the select gate (thermal oxide with good oxide properties, for example low density interface state and high Thermal oxides with break-down voltages are known). After formation of the thermal oxide layer 122, a thick CVD tetraethyl ortho silicate (123) layer having a thickness of about 100 nm is attached to insulate and protect the select gate 120.
그 다음 제6도에 도시된 바와 같이, 포토레지스트 층(127)을 코팅(coating)하고 에칭 백(etch back)하여, 도면의 좌측과 우측에 있는 선택 게이트(120)들 사이의 리세싱된 부분에만 포토레지스트가 남게 한다.Then, as shown in FIG. 6, the photoresist layer 127 is coated and etched back, recessed portions between the select gates 120 on the left and right sides of the figure. Only the photoresist remains.
그 다음 폴리실리콘(220)과 이에 연관된 층들을 종래의 선택적인 습식 에칭이나 또는 RIE 공정으로 제거하여 게이트(120)만이 남게 한다. 그 다음 잔여 포토레지스트(127)를 제거한 후, 선택 게이트(120)의 수직면 위에 열 산화층을 다시 성장시키고 질화물을 CVD에 의해 부착하고 또다른 산화 공정을 행하여, 수직 ONO 유전체 부재(233)를 약 20nm의 최종 두께로 폴리 선택 게이트(120)의 수직면 위에 형성한다. 그 다음 수직 ONO 부재(233)(절연 부재 또는 ONO 부재로도 칭함)의 형성후 게이트(130)를 형성하기 전에 두 선택 게이트(120)의 좌우측에 있는 실리콘 기판의 수평면을 세척하고 제7도에 도시한 바와 같이 플로우팅 게이트(130)용의 터널 산화물(235)을 약 6-8nm의 두께로 성장시킨다.The polysilicon 220 and its associated layers are then removed by conventional selective wet etching or RIE processes to leave only the gate 120. Then, after removing the remaining photoresist 127, the thermal oxide layer is grown again on the vertical plane of the select gate 120, nitride is deposited by CVD, and another oxidation process is performed to form the vertical ONO dielectric member 233 about 20 nm. Is formed on the vertical surface of the poly selection gate 120 to a final thickness of. Then, after the formation of the vertical ONO member 233 (also referred to as an insulating member or ONO member), the horizontal surfaces of the silicon substrates on the left and right sides of the two selection gates 120 are cleaned and formed in FIG. 7 before the gate 130 is formed. As shown, the tunnel oxide 235 for the floating gate 130 is grown to a thickness of about 6-8 nm.
그후, 또다른 폴리실리콘을 부착하고 재에칭하여 수직 ONO 부재(233)상에 폴리실리콘 측벽(130)을 형성한다. 이 폴리실리콘은 제어 게이트 구조(140)를 규정(definition)하는 동안 플로우팅 게이트(130)의 형성을 위해 트리밍(trimming)될 것이다.Thereafter, another polysilicon is attached and reetched to form the polysilicon sidewall 130 on the vertical ONO member 233. This polysilicon will be trimmed to form the floating gate 130 during the definition of the control gate structure 140.
메사(mesa)의 끝부분에서 선택 게이트와 플로우팅 게이트의 분리를 위해 트림 마스크(trim mask)가 사용되는데, 이에 대해서는 제11a 및 11b도에 도시하고 후술한다. 게이트 구조의 기본 부분의 형성 후, 메모리 셀 내에 자기-정렬된(self-aligned) 소오스 및 드레인을 형성하기 위해 전원 전압 및 다른 설계 파라미터에 따른 적절한 도우즈(dose) 및 에너지로 또한 일반적으로 1014-1016ions/cm2범위의 전류밀도로 소오스/드레인 주입재를 부착한다. 그 다음, 제8도에 도시한 바와 같이, 플로우팅 게이트(130)상의 ONO층(237)과 기판의 수평면 상의 ONO층(237')을 제6도를 참조하여 논의된 ONO층(233)과 유사하게 형성한다.A trim mask is used to separate the selection gate and the floating gate at the end of the mesa, which is illustrated in FIGS. 11A and 11B and will be described later. After the formation of the base portion of the gate structure, it is also generally possible to form a self-aligned source and drain in the memory cell, with a suitable dose and energy depending on the supply voltage and other design parameters, generally 10 14. Apply source / drain implants with a current density in the range of -10 16 ions / cm 2 . Next, as shown in FIG. 8, the ONO layer 237 on the floating gate 130 and the ONO layer 237 'on the horizontal plane of the substrate are replaced with the ONO layer 233 discussed with reference to FIG. Form similarly.
그 다음, 제9도에 도시한 바와 같이, 제4폴리실리콘 층(140)을 부착하고 패터닝하여 제2도에서 도시한 바와 같은 제어 게이트 구조를 형성한다. 전술한 바와 같이, 게이트 구조의 잔여부분에 관한 제어 게이트(140)의 치수 결정 및 정렬이 프로세스에서 유일하게 중요한 리소그래피 단계이다. 제1 및 2도에 도시한 바와 같이, 제어 게이트(140)가 선택 게이트(120) 위로 연장하는지의 여부는 문제가 되지 않는다. 왜냐하면, TEOS 층(123)은 터널 산화물(235)과 ONO(237)보다 두꺼워 플로우팅 게이트(130)를 프로그램하기에 충분히 높은 전압을 제어 게이트(140)에 인가하여도 선택 게이트(120)가 영향을 받지 않기 때문이다. 따라서, 이러한 정렬 공정은 비교적 중요하지 않다. 제1도의 치수(260)는 0.5㎛의 공칭 크기를 가지고 있다. 도시한 실시예에서, 게이트(140)의 수평위치에 대한 허용도는 공칭적으로 ±0.15㎛이며, 이것은 현재의 기술로 용이하게 달성할 수 있다. 제어 게이트(140)의 패터닝은, 제3도에 도시한 셀들 사이의 영역에서 플로우팅 게이트(130)를 기판 또는 전계 산화물까지 에칭함으로써 그 플로우팅 게이트(130)의 트리밍 효과를 얻는 오버에칭에 의해서 행해진다. 제어 게이트(140)의 공칭 두께는 2500Å이고 플로우팅 게이트(130)의 두께는 2000Å이다. 따라서, 제어 게이트(140)의 패터닝 후 셀들 사이의 플로우팅 게이트(130)를 제거하는 데에는 적당한 오버에칭양만이 필요하다. 예시적인 에칭 순서는, 먼저 제어 게이트(140)를 에칭하고, 그 다음 중간폴리(interpoly) ONO층(237)을 관통시켜(break through), TEOS층(123)과 표면 산화물(237',125)에서 정지시키고(여기서 정지되는 이유는 그들이 ONO층(237)보다 두껍기 때문임), 마지막으로 선택적인 폴리 에칭 공정을 이용하여 플로우팅 게이트 폴리의 트림 에칭을 행한다.Next, as shown in FIG. 9, the fourth polysilicon layer 140 is attached and patterned to form a control gate structure as shown in FIG. As mentioned above, dimensioning and alignment of the control gate 140 with respect to the remainder of the gate structure is the only important lithographic step in the process. As shown in FIG. 1 and FIG. 2, it does not matter whether the control gate 140 extends over the select gate 120. FIG. Because the TEOS layer 123 is thicker than the tunnel oxide 235 and the ONO 237, the select gate 120 is affected even when a voltage high enough to program the floating gate 130 is applied to the control gate 140. Because do not receive. Thus, this alignment process is relatively insignificant. Dimension 260 of FIG. 1 has a nominal size of 0.5 μm. In the illustrated embodiment, the tolerance for the horizontal position of the gate 140 is nominally ± 0.15 μm, which can be easily achieved with current technology. The patterning of the control gate 140 is performed by overetching the etching of the floating gate 130 to the substrate or the field oxide in the region between the cells shown in FIG. 3 to obtain a trimming effect of the floating gate 130. Is done. The nominal thickness of the control gate 140 is 2500 mm 3 and the thickness of the floating gate 130 is 2000 mm 3. Thus, only a reasonable amount of overetching is needed to remove the floating gate 130 between cells after patterning the control gate 140. An exemplary etching sequence involves first etching the control gate 140 and then breaking through the interpoly ONO layer 237 to form the TEOS layer 123 and the surface oxides 237 ′ and 125. Stop here (because they are thicker than ONO layer 237), and finally perform a trim etch of the floating gate poly using an optional poly etch process.
이제 제10a, 10b도를 참조하면, 선택 게이트들의 접촉 패드들을 불필요하게 연결하는 잔여 측벽 구조를 변경시켜서, 폴리 층(120)으로부터 접촉 패드(352)를 형성하는 단계가 도시되어 있다. 이들 접촉 패드는 제3도의 (350)으로 표시한 영역에 형성한다. 폴리(220)로부터 형성된 패드를 패터닝하여 제10a도의 하부에 직사각형 섬(island)을 형성한다. 선택 게이트(120)의 측벽을 형성하는 단계에서 층(120)을 층(125)위에 배치한다. 보호층(121)을 포토레지스트 또는 다른 적당한 보호층으로 형성한다. 도면에서 수직 방향으로 연장하는 바와 같이 도시된, 측벽(120)을 형성하는 에칭 공정에서는, 접촉 패드(352)와 이들 접촉 패드(352)를 연결하고 단락시키는 불필요한 측벽 스트립(strip)(354)이 남는다. (70)으로 표기된 직사각형 부분은, 패드의 패터닝 중에 절연 및 에칭 스톱 층을 제공하기 위해 접점 영역의 지지물로서 사용하는 얇은 트렌치 절연 영역 또는 전계 산화물 절연 영역을 나타낸다.Referring now to FIGS. 10A and 10B, a step of forming contact pads 352 from poly layer 120 by changing the remaining sidewall structure that unnecessarily connects contact pads of select gates is shown. These contact pads are formed in the area indicated by 350 in FIG. The pad formed from the poly 220 is patterned to form a rectangular island at the bottom of FIG. 10A. In the step of forming the sidewall of the select gate 120, a layer 120 is disposed over the layer 125. The protective layer 121 is formed of a photoresist or other suitable protective layer. In the etching process for forming the sidewalls 120, shown as extending in the vertical direction in the figure, the contact pads 352 and unnecessary sidewall strips 354 connecting and shorting these contact pads 352 are provided. Remains. The rectangular portion, denoted 70, represents a thin trench insulation region or field oxide insulation region that is used as a support for the contact region to provide an insulation and etch stop layer during the padding of the pad.
제11a 및 11b도에서, 플로우팅 게이트(130)의 측벽을 배치한 후 불필요한 측벽(354)을 트리밍하는 단계를 실행한다. 패드(360)들간의 영역을 노출시키는 트림 마스크(360)를 배치하고, 복합 구조(120 내지 130)를 절단한다.In FIGS. 11A and 11B, the step of arranging the sidewalls of the floating gate 130 and trimming the unnecessary sidewalls 354 is performed. The trim mask 360 is disposed to expose the area between the pads 360 and the composite structures 120-130 are cut.
제12도를 참조하면, 제3도에서 예시한 메모리 어레이의 동일 부분의 개략도가 도시된다. 한쌍의 셀(300)은 점선으로 표시된다. Vd와 Vs로 표시된 수직 라인은 메모리 셀의 소오스와 드레인에 연결된다. 소오스와 드레인은 제3도의 괄호로 표시된 것처럼 기판 내에서 연속적으로 연장한다. 금속 또는 폴리실리콘 라인은 드레인 위에 형성되며, 기판까지 하방으로 연장하여 비트 라인 접점(bit line contact)을 제공한다. 소오스는 신호를 전송하지 않으며, 기판에 공통 접지되는 것으로 예시된다.Referring to FIG. 12, a schematic of the same portion of the memory array illustrated in FIG. 3 is shown. The pair of cells 300 are indicated by dotted lines. The vertical lines, labeled Vd and Vs, are connected to the source and drain of the memory cell. The source and drain extend continuously in the substrate as shown in parentheses in FIG. Metal or polysilicon lines are formed over the drain and extend downward to the substrate to provide bit line contacts. The source does not transmit a signal and is illustrated as being commonly grounded to the substrate.
Vsg 및 (120')로 표시된 선택 게이트 제어 라인은 통상적인 게이트 심볼 및 (120)으로 표시된 선택 게이트에 연결된다. 이 도식 표현에 있어서는, 두 개의 다른 심볼 즉 라인 및 게이트를 사용하여, 실제구조에서 폴리실리콘의 한 연속적인 스트립(strip)의 실체를 예시한다. 이와 유사하게, 제어 게이트(140)와 플로우팅 게이트(130)를 통상적인 수평 라인 심볼로 도시하며, Vcg 및 (140')으로 표시된 수평 라인을 워드 라인(word line)으로 사용한다. 메모리 어레이의 비트 라인은 셀의 드레인에 연결되는 와이어(wire)로서, 인접한 두 트랜지스터 셀을 분리한다. 메모리 어레이의 워드 라인은 제어 게이트 상호 연결 라인(140')이다. 공통 소오스는 기판에 접촉되는 확산 스트립(diffusion strip)일 수 있다.The select gate control line, denoted by Vsg and 120 ', is connected to the conventional gate symbol and the select gate, denoted by 120. In this schematic representation, two different symbols, line and gate, are used to illustrate the reality of one continuous strip of polysilicon in the actual structure. Similarly, control gate 140 and floating gate 130 are shown with conventional horizontal line symbols, and the horizontal lines denoted by Vcg and 140 'are used as word lines. The bit line of the memory array is a wire connected to the drain of the cell, separating two adjacent transistor cells. The word line of the memory array is the control gate interconnect line 140 '. The common source may be a diffusion strip in contact with the substrate.
제13도를 참조하면, 본 발명에 따라 구성된 집적회로 EEPROM(400)의 개략도가 도시되어 있다. 이 도면에서, 입/출력회로(410), 고전압 스티어링 회로(high voltage steering circuits)(420) 및 전하펌프(430)는, 제각기 그들의 통상적인 기능을 수행한다. 전하펌프(430)는 기록과 삭제의 동작을 수행하기 위해 필요한 고전압(10V)을 발생시킴으로써 회로가 단지 5V(또는 그 이하)에서 동작할 수 있게 한다. 고전압 회로(420)는 프로그래밍과 소거(erasure)에 사용되는 +10V에서 -10V를 처리할 수 있도록 충분히 견고하게 통상의 방식으로 만들어진 트랜지스터를 나타낸다.Referring to FIG. 13, a schematic diagram of an integrated circuit EEPROM 400 constructed in accordance with the present invention is shown. In this figure, input / output circuits 410, high voltage steering circuits 420, and charge pumps 430 each perform their usual functions. The charge pump 430 generates the high voltage 10V necessary to perform the write and erase operations, allowing the circuit to operate at only 5V (or less). The high voltage circuit 420 represents a transistor built in a conventional manner that is sufficiently robust to handle + 10V to -10V used for programming and erasure.
프로그래밍 수순에 있어서는, 선택 게이트(120)를 임계값 보다 약간 높게 바이어스하며 제어 게이트(140)를 고전압(10V)으로 바이어스한다. 채널로부터의 고온 전자(hot electron)를 소오스로부터 플로우팅 게이트(130)로 주입한다. 전형적인 파라미터(parameters)는 Vs=0.0V, Vd=5.0V, Vsg=1.5V, Vcg=10.0V이다.In the programming procedure, bias the select gate 120 slightly above the threshold and bias the control gate 140 to a high voltage (10V). Hot electrons from the channel are injected from the source into the floating gate 130. Typical parameters are Vs = 0.0V, Vd = 5.0V, Vsg = 1.5V, Vcg = 10.0V.
소거 수순에 있어서는, 터널 산화물(235)을 통과하는 Fowler-Nordheim 터널링을 사용하며, 파라미터는 Vs=0.0V, Vd=5.0V, Vsg=0.0V, Vcg=-10.0V이다.In the erase procedure, Fowler-Nordheim tunneling through tunnel oxide 235 is used, and the parameters are Vs = 0.0V, Vd = 5.0V, Vsg = 0.0V, and Vcg = -10.0V.
터널링 산화물이 8nm이고 선택 게이트 산화물이 10nm일 경우, 3V의 게이트 전압, 통상의 공정 파라미터 및 0.5㎛의 디자인 룰에 대해 100μA의 판독 전류를 이용할 수 있다. 보다 높은 판독 전류(및 이에 대응하는 보다 빠른 동작)가 5V의 게이트 전압에서 얻어질 것이다. 전형적인 판독 파라미터는 Vs=0.0V, Vd=1.5V, Vsg=5.0V, Vcg=5.0V이다.If the tunneling oxide is 8 nm and the select gate oxide is 10 nm, a read current of 100 μA can be used for a gate voltage of 3 V, typical process parameters and a 0.5 μm design rule. Higher read currents (and corresponding faster operation) will be obtained at a gate voltage of 5V. Typical readout parameters are Vs = 0.0V, Vd = 1.5V, Vsg = 5.0V, Vcg = 5.0V.
당업자라면 개시된 실시예를 쉽게 변형할 수 있을 것이며, 다음의 청구범위는 본 명세서에 예시된 실시예에 국한되는 것은 아니다.Those skilled in the art will be able to readily modify the disclosed embodiments, and the following claims are not limited to the embodiments illustrated herein.
Claims (16)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1019940702259A KR0152496B1 (en) | 1992-10-30 | 1993-04-29 | Flash eeprom |
Applications Claiming Priority (2)
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US968,736 | 1992-10-30 | ||
KR1019940702259A KR0152496B1 (en) | 1992-10-30 | 1993-04-29 | Flash eeprom |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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KR0152496B1 true KR0152496B1 (en) | 1998-10-01 |
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ID=19406326
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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KR1019940702259A KR0152496B1 (en) | 1992-10-30 | 1993-04-29 | Flash eeprom |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100389130B1 (en) * | 2001-04-25 | 2003-06-25 | 삼성전자주식회사 | Non-Volatile Memory Device with 2 transistors for 2-bit operation |
KR100621553B1 (en) * | 2004-09-22 | 2006-09-19 | 삼성전자주식회사 | Nonvolatile memory device and method for fabricating the same |
US7586146B2 (en) | 2004-09-22 | 2009-09-08 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Non-volatile memory and method of fabricating same |
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1993
- 1993-04-29 KR KR1019940702259A patent/KR0152496B1/en active
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US7271061B2 (en) | 2004-09-22 | 2007-09-18 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method of fabricating non-volatile memory |
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